冷卻雞胸肉脈沖強光殺菌參數(shù)試驗優(yōu)化

黃現(xiàn)青 董颯爽 李傳令 劉 彬 宋蓮軍 趙秋艷

(1.河南農(nóng)業(yè)大學食品科學技術(shù)學院， 鄭州 450002； 2.河南永達清真食品有限公司， 安陽 456150)

0 引言

冷卻分割雞胸肉因脂肪含量低、蛋白質(zhì)含量高、不飽和脂肪含量高、口感柔嫩細膩等特點而廣受消費者喜愛[1]。相對于熱鮮雞胸肉，冷凍雞胸肉具有安全、衛(wèi)生、營養(yǎng)價值高、口感好等優(yōu)點，有非常好的市場發(fā)展空間[2]。但生產(chǎn)、分割、加工、銷售過程中冷卻雞胸肉很容易發(fā)生微生物交叉污染[3]，且我國冷鏈系統(tǒng)尚不夠完善，若貯藏流通過程中控制不當，則會使冷卻肉在較短時間內(nèi)發(fā)生微生物增殖，進而使得冷卻肉的貨架期較短，無法滿足消費者的要求[4]。

脈沖強光作為一種新型的非熱力物理殺菌技術(shù)能瞬時高效地對食品和食品包裝上的微生物進行殺菌，使食品的貨架期得到有效延長，保證食品的品質(zhì)[5-6]。脈沖強光殺菌技術(shù)利用可見光、紅外光及紫外光三者的協(xié)同作用，對菌體細胞中的蛋白質(zhì)、細胞膜及其他大分子物質(zhì)造成不可逆轉(zhuǎn)的殺傷力，徹底殺死微生物[7-8]。與其他殺菌技術(shù)相比，脈沖強光殺菌設(shè)備投入少、成本低，對于食品加工生產(chǎn)線非常適用，可提高工業(yè)化生產(chǎn)的效率[9]。脈沖強光殺菌技術(shù)在西蘭花、芒果及蘑菇、煎餅等[10-14]食品加工中的應(yīng)用均有相關(guān)研究，但應(yīng)用于冷卻肉的研究鮮有報道。

本文結(jié)合企業(yè)實際銷售過程中面臨的問題，研究冷卻分割雞胸肉放置在0～4℃時，貨架期在原有的基礎(chǔ)上再延長1～2 d的技術(shù)，以滿足消費者的需求。為此，以冷卻分割雞胸肉為研究對象，以殺菌率、剪切力、離心失水率、色差、pH值為響應(yīng)值，在單因素試驗基礎(chǔ)上，結(jié)合Box-Benhnken中心組合設(shè)計原理和響應(yīng)面分析法，確定最佳的脈沖設(shè)備殺菌參數(shù)并對試驗結(jié)果進行驗證。

1 材料與方法

1.1 材料

冷卻分割雞胸肉由河南省某肉品企業(yè)提供(從冰鮮庫取冷卻好的雞胸肉(中心溫度達到4℃)，取樣后將樣品置于放有冰塊的保溫箱內(nèi)，并在15 h內(nèi)送檢)；細菌總數(shù)培養(yǎng)基(CM101)，北京陸橋技術(shù)股份有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

HVE-50型蒸汽壓力滅菌鍋，日本HIRAYAMA公司; SPX-1505H-Ⅱ型生化培養(yǎng)箱，上海新苗醫(yī)療器械公司; SW-CJ-2F型潔凈工作臺，蘇州安泰空氣技術(shù)有限公司; MIR-254型低溫恒溫培養(yǎng)箱，日本SANYO公司; VORTEX-2GENIE型渦旋振蕩器，美國Scientific Industries公司; 3000型沃-布剪切力儀，美國BODINE-ELECTRIC公司; EasyMix型均質(zhì)機，法國AES公司; ZW-SY-2D型脈沖強光殺菌設(shè)備，青島海爾集團; ALLEGRA-64A型高速冷凍離心機，美國貝克曼庫爾特有限公司; cR-400型色差計，日本柯尼卡美能達株式會社。

1.3 方法

1.3.1細菌總數(shù)測定

在無菌操作環(huán)境下，分別稱取脈沖前后的雞胸肉25 g，置于裝有225 mL滅菌生理鹽水(0.85%)的均質(zhì)袋中，在均質(zhì)器中均質(zhì)100 s。按1∶10進行倍比稀釋，選取3個合適的稀釋度，取100 μL倒在有培養(yǎng)基的平板上進行微生物涂布測定，每個稀釋度3個平行。每個樣品做3個平行試驗，進行菌落總數(shù)的測定。平板置于37℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng)48 h，然后計數(shù)。

1.3.2冷卻分割雞胸肉色差測定

將cR-400型色差計調(diào)零校準后，將色差儀的鏡頭垂直置于脈沖前后的冷卻分割雞胸肉表面上(最好避開肌內(nèi)脂肪和結(jié)締組織)，測量并分別記錄肉樣的亮度(L*)、紅度(a*)、黃綠度(b*)，每個樣品測定3個點，每個點測3次，取3個點的平均值為其L*、a*、b*[14]，色差ΔE=[(ΔL*)2+(Δa*)2+(Δb*)2]1/2。

1.3.3pH值測定

稱取10 g左右肉樣放入錐形瓶中，加入100 mL蒸餾水，振蕩30 min后進行過濾，采用GB 5009.237—2016《食品安全國家標準 食品pH值的測定》規(guī)定的方法進行測定，每個樣品測量3次，取3次的平均值為pH值[15]。

1.3.4剪切力測定

按NY/T 2793—2015《肉的食用品質(zhì)客觀評價方法》規(guī)定的雞肉的剪切力測定方法測定[16]。

1.3.5離心失水率測定

按NY/T 2793—2015《肉的食用品質(zhì)客觀評價方法》規(guī)定的雞肉的離心失水率測定方法測定[16]。

1.3.6殺菌率計算

以殺菌率為指標對脈沖強光殺菌效果進行評價。各組試驗的菌落數(shù)采用平板計數(shù)法計算，殺菌率計算公式為[17]

式中η——殺菌率

X——未殺菌處理樣品平均菌落數(shù)

X0——殺菌處理樣品平均菌落數(shù)

1.3.7單因素試驗設(shè)計

取脈沖時間40 s、脈沖距離9 cm，研究脈沖能量分別為100、200、300、400、500 J時對冷卻分割雞胸肉殺菌效果、剪切力、離心失水率、色差及pH值的影響。取脈沖能量500 J、脈沖時間40 s，研究脈沖距離分別為9、12、15、18、21 cm時對冷卻分割雞胸肉殺菌效果、剪切力、離心失水率、色差及pH值的影響。取脈沖能量500 J、脈沖距離9 cm，研究脈沖時間分別為30、40、50、60、70 s時對冷卻分割雞胸肉殺菌效果、剪切力、離心失水率、色差及pH值的影響。

1.3.8響應(yīng)面試驗設(shè)計

根據(jù)單因素試驗結(jié)果進行響應(yīng)面試驗設(shè)計，利用Design-Expert 8.06軟件，采用中心組合試驗Box-Benhnken設(shè)計方案[18-19]，以脈沖能量、時間和距離為試驗因素，冷卻分割雞胸肉的微生物殺菌率、剪切力、離心失水率、色差為響應(yīng)值[19-22]，對冷卻分割雞胸肉的脈沖殺菌設(shè)備參數(shù)條件進行優(yōu)化。

圖1 脈沖能量對冷卻分割雞胸肉殺菌率、剪切力、離心失水率、色差及pH值的影響Fig.1 Effect of pulse energy on sterilization effect, shear force, centrifugal water loss rate, color and pH value of chicken breast meat

1.4 數(shù)據(jù)處理

利用Design-Expert 8.06、SPSS 13.0、Origin 8.0軟件對數(shù)據(jù)進行分析處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗

2.1.1脈沖能量

由圖1(圖中不同字母表示差異顯著，P<0.05，下同)可知，隨著脈沖能量的增加，殺菌率呈增加趨勢且差異性顯著，在脈沖能量為300～400 J時，殺菌率明顯提高，500 J時達到95.94%；隨著脈沖能量的增加，剪切力下降，在能量達到400 J時，剪切力明顯下降至4 kg以下，達到了生鮮雞肉宰后24 h剪切力不超過4 kg的正常范圍[16]；在脈沖能量為300～500 J時，色差差異性顯著；離心失水率隨著能量的增大差異性并不顯著；在脈沖能量為300～500 J時，pH值差異性不顯著。在保證對冷卻分割雞胸肉的殺菌效果及各品質(zhì)影響最小的前提下[23]，將脈沖能量條件設(shè)為300～500 J對冷卻分割雞胸肉進行殺菌處理。

2.1.2脈沖距離

由圖2可知，隨著脈沖距離的增大，殺菌率呈下降趨勢且差異性顯著。在脈沖距離為9～15 cm時，殺菌率均在90.73%以上；隨著脈沖距離的增大，剪切力增大，在脈沖距離為9～15 cm時，剪切力明顯增大但均小于4 kg，達到了生鮮雞肉宰后24 h剪切力不超過4 kg的正常范圍[16]，在脈沖距離為18 cm時，剪切力明顯增大至4 kg以上；在脈沖距離為9～15 cm時，色差存在顯著性差異；離心失水率和pH值隨著脈沖距離的增大，差異性不顯著(9 cm和12 cm時pH值差異性顯著)；在保證對冷卻分割雞胸肉的殺菌效果及各品質(zhì)影響最小的前提下[23]，將脈沖距離條件設(shè)為9～15 cm對冷卻分割雞胸肉進行殺菌處理。

圖2 脈沖距離對冷卻分割雞胸肉殺菌率、剪切力、離心失水率、色差及pH值的影響Fig.2 Effect of pulse distance on sterilization effect, shear force, centrifugal water loss rate, color and pH value of chicken breast meat

圖3 脈沖時間對冷卻分割雞胸肉殺菌率、剪切力、離心失水率、色差及pH值的影響Fig.3 Effect of pulse time on sterilization effect, shear force, centrifugal water loss rate, color and pH value of chicken breast meat

2.1.3脈沖時間

由圖3可知，隨著脈沖時間的增加，殺菌率呈增加趨勢且差異性顯著。在脈沖時間為50 s時，殺菌率明顯提高，60 s時達到95.94%；隨著脈沖時間的增加，剪切力下降且小于4 kg，達到了生鮮雞肉宰后24 h剪切力不超過4 kg的正常范圍[16]；隨著脈沖時間的增加，色差逐漸升高且差異性顯著；離心失水率和pH值隨著脈沖時間的增大差異性并不顯著(40 s和50 s時離心失水率差異性顯著，30 s和40 s以及60 s和70 s時pH值差異性顯著)。在保證對冷卻分割雞胸肉的殺菌效果及各品質(zhì)影響最小的前提下，減少脈沖時間可以節(jié)約能源及儀器損耗[23]。因此，將脈沖時間設(shè)為40～60 s對冷卻分割雞胸肉進行殺菌處理。

2.2 響應(yīng)面回歸模型建立及分析

試驗方案如表1所示。利用Design-Expert 8.0.6軟件進行響應(yīng)面試驗設(shè)計并優(yōu)化，得到17組試驗的結(jié)果見表2(表中A、B、C表示脈沖能量、脈沖距離、脈沖時間的編碼值)。根據(jù)表2的試驗結(jié)果，將試驗數(shù)據(jù)進行逐步回歸擬合，分別得到殺菌率、剪切力、離心失水率、色差對脈沖能量、脈沖距離、脈沖時間的二次多項回歸方程，并對回歸模型進行方差分析。

表1 響應(yīng)面試驗因素編碼Tab.1 Factors codes of experiment of response surface analysis

表2 Box-Benhnken試驗設(shè)計及結(jié)果Tab.2 Box-Benhnken experimental design and corresponding results

綜上所述，脈沖強光對殺菌率、剪切力、離心失水率、色差的影響因素的主次順序為：脈沖能量、脈沖距離、脈沖時間。

2.3 響應(yīng)面因素水平的優(yōu)化與驗證

將任一個因素固定在建立好的回歸模型的零水平上，其余交互的兩因素的結(jié)果也將由此得出，二次回歸方程的響應(yīng)面圖見圖4～8。根據(jù)二次多項回歸方程得出脈沖能量400 J、脈沖距離 12 cm、脈沖時間50 s條件下，冷卻雞胸肉的殺菌率達到90.03%，剪切力為2.63 kg，離心失水率為30.31%，色差為3.53。為檢驗響應(yīng)面的可靠性，在最佳殺菌條件下進行3次重復驗證試驗，結(jié)果如表3所示。

圖5 脈沖能量和脈沖距離對剪切力的影響Fig.5 Effect of pulse energy and pulse distance on shear force

圖4 脈沖能量和脈沖距離對殺菌率的影響Fig.4 Effect of pulse energy and pulse distance on sterilization rate

圖6 脈沖能量和脈沖時間對剪切力的影響Fig.6 Effect of pulse energy and pulse time on shear force

圖7 脈沖能量和脈沖距離對離心失水率的影響Fig.7 Effect of pulse energy and pulse distance on water loss rate

圖8 脈沖能量和脈沖距離對色差的影響Fig.8 Effect of pulse energy and pulse distance on color

殺菌率、離心失水率、剪切力、色差的試驗結(jié)果和預(yù)測結(jié)果的相對誤差分別為1.07%、1.17%、1.54%、2.02%，誤差小，驗證結(jié)果有力地說明了模型的準確性。所以，響應(yīng)面法適用于脈沖強光對冷卻分割雞胸肉的殺菌條件和品質(zhì)的回歸分析和參數(shù)優(yōu)化。

表3 驗證試驗結(jié)果Tab.3 Result of verification test

2.4 恒定溫度下脈沖前后對貨架期的影響

根據(jù)響應(yīng)面優(yōu)化的最佳殺菌條件，對冷卻雞胸肉進行脈沖處理。由表4可知，脈沖前，冷卻雞胸肉微生物菌體濃度為4.79 lgCFU/g,對應(yīng)的冷卻雞胸肉在0℃和4℃貯藏時的貨架期分別為8 d和6 d；脈沖后，冷卻雞胸肉微生物菌液濃度為3.60 lgCFU/g，對應(yīng)的冷卻雞胸肉在0℃和4℃貯藏時貨架期分別為10 d和7 d。與上階段研究的冷卻分割雞胸肉剩余貨架期預(yù)測模型[24]的結(jié)果基本一致。

表4 貨架期試驗結(jié)果Tab.4 Results of shelf life test

3 結(jié)束語

根據(jù)試驗結(jié)果，最終確定了脈沖強光殺菌最佳設(shè)備參數(shù)為脈沖能量400 J、脈沖距離12 cm、脈沖時間50 s。在此條件下，菌落總數(shù)的殺菌率達到90.03%，剪切力2.63 kg，離心失水率30.31%，色差為3.53。同時對試驗結(jié)果進行驗證，得出殺菌率、離心失水率、剪切力、色差的相對誤差分別為1.07%、1.17%、1.54%、2.02%。由殺菌率可知，脈沖強光殺菌效果不理想，但實際要解決的問題是使冷卻分割雞胸肉放置在0～4℃時，貨架期在原有的基礎(chǔ)上延長1～2 d，試驗達到了預(yù)期目的。